状态机学习

一、三种状态机风格

1、一段式

        一个always块，既描述状态转移，又描述状态的输入输出，当前状态用寄存器输出；

2、二段式

        两个always块，时序逻辑与组合逻辑分开，一个always块采用同步时序描述状态转移；另一个always块采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律以及输出，当前状态用组合逻辑输出，可能出现竞争冒险，产生毛刺，而且不利于约束，不利于综合器和布局布线器实现高性能的设计；

（当然，第二个always里的状态跳转和输出可以拆分用组合逻辑描述，也可能有三个always块，但是这并不是三段式，和三段式的区别在于输出到底是组合逻辑还是时序逻辑）

3、三段式

        三个always块，一个always块同于同步状态转移，一个always块用于组合逻辑判断状态转移条件，完成状态转移；第三个always块使用同步时序描述状态输出，寄存器输出。

二、状态机种类

1、Moore

        状态机的输出只与当前状态有关

2、Mealy

        状态机的输出不仅与当前状态有关，还与当前输入有关

区别：Moore型状态机的输出比Mealy型状态机的输出晚一个时钟周期

三、状态机编码

1、二进制码

例如：四个状态编码：s0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b10,s3=2'b11

2、格雷码

格雷码相邻位只有一个bit不同

四个状态编码：s0=2'b00,s1=2'b01,s2=2'b11,s3=2'b10

二进制码Binary Code和格雷码Gray Code占用的位宽少，相应的使用的触发器资源少，但是状态对比时需要比较多个bit，消耗的组合逻辑比较多，适用于组合电路资源丰富的情况（CPLD）；

3、独热码

状态编码中只有一位为1

四个状态编码：s0=4'b0001，s1=4'b0010,s2=4'b0100,s3=4'b1000

独热码One-Hot Code的状态比较时只比较1 bit，节省逻辑资源，使用的触发器资源比较多，适用于触发器资源丰富的情况（FPGA）；

有时候也是用连续编码，状态值连续：

S0 = 2’d0;

S1 = 2’d1;

S2 = 2’d2;

S3 = 2’d3;

总体来讲，状态较少时（4-24个状态）用独热码效果好，状态多时格雷码（状态数大于24）效果好。

​​​​​​​参考：根据状态转移表实现时序电路_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)